传感器技术与应用-课件第三章 电感式传感器
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《电感式传感器》课件
电感式传感器的应用领域
介绍电感式传感器在工业、农业、医疗等领域的广 泛应用。
电感式传感器的优缺点分析
分析电感式传感器的优点、缺点以及与其他类型传 感器的比较。
电感式传感器的应用案例
1
电感式传感器在工业领域的应用
案例
电感式传感器在农业领域的应用 案例
2
讲述一个实际案例，介绍电感式传感器 在工业生产中的应用。
介绍电感式传感器按照不同 的特征进行的分类。
电感式传感器的结构与工作原理
电感式传感器的结构
详细解释电感式传感器的内部结 构和组成。
电感式传感器的工作原理
阐述电感式传感器是如何通过测 量磁场来实现检测和转换的。
电感式传感器的特点
列举电感式传感器相对于其他传 感器的优势和特点。
电感式传感器的应用及优缺点
《电感式传感器》PPT课 件
为您带来《电感式传感器》的PPT课件，本课件将全面介绍电感式传感器的概 述、结构与工作原理、应用及优缺点、应用案例、未来发展趋势等内容。
概述
传感器的定义
介绍传感器的定义以及在技 术领域中的关键作用。
电感式传感器的作用
说明电感式传感器在各个行 业中的重要作用。
电感式传感器的分类
以一个具体的场景，说明电感式传感器 在农业领域中的应用价值。
电感式传感器的未来发展趋势
1 电感式传感器的现状和发展趋势
描述电感式传感器目前的研究状况以及未来的发展趋势。
2 展望电感式传感器的发展前景
展望电感式传感器在未来的应用领域和发展前景。
总结
电感式传感器的重要性
总结电感式传感器在各个领域中的重要作用。
发展趋势展望
回顾并展望电感式传感器的未来发展趋势。
第3章传感器技术——电容式传感器精品PPT课件
输出电容的变化量ΔC与输入位移Δd之间成非线性关系
当 |Δd/d0|<<1 时可略去高次项，得到近似的线性关系
k c c0 d d0
电容式传感器的灵敏度及非线性变极距型
k c d
c0 d0
（
|Δd/d0|<<1
时）
d 1
d0
一般取：d 0.02~0.1
d0
1.传感器的测量范围由初始距离d0决定
C S d
:极板间介质的介电常数
S :两个极板的相对有效积面 d :两个极板间的距离
变极距型 （变间隙型）
电容式传感器
变面积型
变介电常数型
电极形状：平板形、圆柱形、球平面形
各种结构形式
变极距型
差分式 差分式
各种结构形式
差分式 变面积型
各种结构形式
变介电常数型
常用于测量液体的液位和材料的厚度
d
电容式传感器的灵敏度及非线性变极距型
电容的变化量：当|Δd/d0|<<1时，可按级数展开
ccc0
s s
d0 d d0
..
.
..
.
dd0 1c0( dd0 )1( dd0 )( dd0 )2
(d)3 d0
.
.
...
.
灵敏度k为： k d cd c0 0 1( dd 0)( dd 0)2( dd 0)3... ...
灵敏 k度 C0rb
x d
线性关系
a
d
x S
b
x
测线位移
动极 板 定极 板
测角位移
变面积型电容式传感器
电容式传感器的灵敏度及非线性变介质型
L0 L
第三章 传感器
第三章常用的传感器§3.1传感器的分类一、传感器的定义通俗的讲，传感器就是将被测信息转换成某种信号的器件。
也就是将被测物理量转换成于之相对应的、容易检测、传输或处理的信号的装置，称之为传感器。
传感器通常直接作用于被测量。
传感器是对信号进行感受与传送的装置，它是测试装置的输入环节，因此传感器的性能直接影响着整个测试装置的工作可靠性。
近来，随着测量、控制及信息技术的发展，传感器作为这个领域内的一个重要构成因素，被视为90年代的重要技术之一受到了普遍的重视。
深入研究传感器的原理和应用，研制新型传感器，对于社会生产、科学技术和日常生活中的自动测量和自动控制的发展，以及在科学技术领域里实现现代化都有重要意义。
二、传感器的组成传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路三个主要部分组成，有时还加上辅助电源。
通常可用图表示如下：图4-1 传感器的组成由于其用途的不同或是结构原理的不同，其繁简程度相差很大。
因此，传感器的组成将依不同情况而有差异。
敏感元件——传感器的核心，它直接感受被测量（一般为非电量）并转换成信号形成，即输出与被测量成确定关系的其它量的元件，如膜片、热电偶，波纹管等。
传感元件——又称变换器，是传感器的重要组成部分。
传感元件可以直接感受被测量（一般为非电量）而输出与被测量成确定关系的电量。
如热电偶和热敏电阻等。
传感元件也可以不只感受被测量，而只是感受与被测两或确定关系的其它非电量；如应变式压力传感器的电阻片，并不直接感受压力，只是感受与被测压力成确定关系的应变，然后输出电量，在多数情况下，使用的就是这种传感元件。
测量电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路。
测量电路视传感元件的类型而定。
三、传感器的分类在生产和科研中应用的传感器种类很多，一种被测量有时可以用集中传感器来测量，用一种传感器往往可以测量多种物理量。
为了对传感器有一个概括的认识，对传感器进行研究是很必要的。
传感器与检测技术第三章电感式传感器
架。二节式差动变压器的铁芯长度为全长的60%-80%。铁 芯采用导磁率高，铁损小，涡流损耗小的材料 (4)在不使线圈过热的条件下尽量提高激励电压。
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
三、转换电路 1．反串电路
•2．桥路
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
3．差动整流电路
感•传式感传器感与器检测技术
感•传式感传器感与器检测技术
一、高频反射式涡流传感器
•线圈上通交变高频电流 •线圈产生高频交变磁场
•产生高频交变涡流 •涡流产生反磁场 •阻碍线圈电流交换作用 •等效于L或阻抗的改变
感•传式感传器感与器检测技术
二、低频透射式涡流传感器
• U L1 • 同频交变电流 • 产生一交变磁场 • 磁力线切割M • 产生涡流I • 到达L2的磁力线
传感器与检测技术第三章电 感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
原理
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
•位 移 •被测物理量 •振 动 •压 力 •流 量 •比
•传感 •的变 器 化
•自感系数 L
•电路 •电
•互感系数
•的变 化
压
M
•电
流
感•传式感传器感与器检测技术
电感传感器优点
▪ 灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； ▪ 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； ▪ 性能稳定，重复性好 ； ▪ 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力
感•传式感传器感与器检测技术
第一节 自感式传感器
四、影响传感器精度的因素分析 1.电源电压和频率的波动影响 ▪ 电源电压的波动一般允许为5%～10%。 ▪ 严格对称的交流电桥是能够补偿频率波动影响的 2. 温度变化的影响 ▪ 为了补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
三、转换电路 1．反串电路
•2．桥路
感•传式感传器感与器检测技术
第二节 互感式传感器
3．差动整流电路
感•传式感传器感与器检测技术
感•传式感传器感与器检测技术
一、高频反射式涡流传感器
•线圈上通交变高频电流 •线圈产生高频交变磁场
•产生高频交变涡流 •涡流产生反磁场 •阻碍线圈电流交换作用 •等效于L或阻抗的改变
感•传式感传器感与器检测技术
二、低频透射式涡流传感器
• U L1 • 同频交变电流 • 产生一交变磁场 • 磁力线切割M • 产生涡流I • 到达L2的磁力线
传感器与检测技术第三章电 感式传感器
感•传式感传器感与器检测技术
原理
电感式传感器最基本原理是电磁感应原理。
•位 移 •被测物理量 •振 动 •压 力 •流 量 •比
•传感 •的变 器 化
•自感系数 L
•电路 •电
•互感系数
•的变 化
压
M
•电
流
感•传式感传器感与器检测技术
电感传感器优点
▪ 灵敏度高，分辨力高，位移：0.1m ； ▪ 精度高，线性特性好，非线性误差：0.05%0.1 % ； ▪ 性能稳定，重复性好 ； ▪ 结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力
感•传式感传器感与器检测技术
第一节 自感式传感器
四、影响传感器精度的因素分析 1.电源电压和频率的波动影响 ▪ 电源电压的波动一般允许为5%～10%。 ▪ 严格对称的交流电桥是能够补偿频率波动影响的 2. 温度变化的影响 ▪ 为了补偿温度变化的影响，在结构设计时要合理选择零件
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
《传感器技术与应用》 ppt课件
§ 2.1.1 智能传感器
三、智能传感器的功能
由于智能传感器引入了微处理器进行信息处理、逻辑思维、推理判断 ，使其除了传统传感器的检测功能外，还具有数据处理、数据存储、数据 通信等功能，其功能已经延伸至仪器的领域。具体功能包括：
(1) 自校零、 自标定、 自校正、自适应量程功能； (2) 自补偿功能； (3) 自诊断（自检）功能； (4) 信息处理与数据存储记忆功能； (5) 双向通信和数字输出功能； (6) 组态功能。
§ 2.1.2 模糊传感器
一、模糊传感器概述
模糊传感器是在经典传感器数值测量的基础上经过模糊推理与知识集成，以自 然语言符号的描述形式输出的传感器。具体地说，将被测量值范围划分为若干个区间 ，利用模糊集理论判断被测量值的区间，并用区间中值或相应符号进行表示，这一过 程称为模糊化。对多参数进行综合评价测试时，需要将多个被测量值的相应符号进行 组合模糊判断，最终得出测量结果。模糊传感器的一般结构下图所示。信息的符号表 示与符号信息系统是研究模糊传感器的核心与基石。
普通传感器
信号调理电路 外壳
微处理器 总线接口 数字总线
§ 2.1.1 智能传感器
五、智能传感器的实现
(1) 模块化方式 目前，国内外已有不少此类产品。此类智能传感器各部件可以封装在一个外 壳中，也可分开设置，其集成度不高、体积较大。智能传感器的模块化实现方式 一般采用SMBus总线、RS-232、RS-422、RS-485、USB、CAN等总线，目 前ZigBee、WiFi、蓝牙等无线传输方式也广泛应用于智能传感器。
§ 2.1.3 微传感器
三、典型微传感器
（1）压阻式微传感器 压阻式微压力传感器的原理结构及其截面 分别如右图所示。在硅基框架上形成有硅薄膜 层，通过扩散工艺在该膜层上形成半导体压敏 电阻，并用蒸镀法制成电极，构成电桥。根据 所采用蚀刻工艺不同，压阻式微压力传感器中 的硅膜片可做成圆形或方形结构。膜片一侧与 被测系统相连接，称为“高压腔”，另一侧为 “低压腔”，低压腔可与大气相连，可以参考 气压，也可抽成真空。根据压阻效应，膜片受 压力作用时，在膜片两侧形成压差，导致膜片 变形，引起压敏电阻的阻值变化，经与之相联 的电桥电路可将这种阻值变化转换为电桥输出 电压的变化（一般为几个毫伏）。
传感器技术课件——电感式传感器PPT课件
L
lr2
可以看出，插入铁芯后，线圈电感的增量和相对增量均与铁芯的插入深度 X 成正比。如果螺管内磁场强度均匀分布的范围大，就可以获得较大的线 性位移传感器。
这种传感器结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移测量。 为了提高灵敏度和线性度，常采用差动螺管式电感传感器。
.
9
三种类型比较： 变间隙型：气隙型自感传感器灵敏度高，它的主要缺点是非线 性严重，为了限制线性误差，示值范围只能较小；它的自由行 程小，因为衔铁在运动方向上受铁心限制，制造装配困难。
【互感M】由于一个电路中电流变化，而在邻近另一个电路中引起感 生电动势的现象 。用互感系数来表示器件在互感现象方面的特性， 代号M。
电感式传感器
自感型 互感型
常为差动 变压器式
.
变磁阻式 涡流式
变间隙式 变面积式 螺线管式
2
1.自感式传感器---变磁阻式
传感器由线圈、铁心和衔铁组成。工作时衔铁与被测物体连接，被测物体 的位移引气隙磁阻的变化，导致了线圈电感量的变化。
较小气隙变化范围内工作。由于气隙变化甚小，即 远小于0时（一般要求小于10倍以上），S进一步 近似为：
S N 20 A0 2 02
x 此时S可近似为常数。因此，这种传感器一般只 适用于大约0.001－1mm范围的小位移测量。
对于变间隙式,改善非线性，提高灵敏度的方法如下:接成差动型
.
7
根据结构形式，自感传感器可分为：气隙型、螺线管
4.3 电感式传感器
把被测量转换为电感变化的一种传感器
被测信息
敏感元电件感元电转件感换元件
输出信息 信号调理电路
基于电磁感应原理，把被测量 （如位移、振动、压力、应变、 流量、比重等）转化为电感线 圈的自感系数或互感系数变化
传感器原理与应用课件
磁学传感器
总结词
利用磁场变化进行检测的传感器 。
工作原理
基于霍尔效应、磁阻效应等磁学原 理，将磁场变化转换为电信号。
应用领域
磁场检测、电流检测、位置检测等 。
光学传感器
总结词
利用光学原理进行检测的 传感器。
工作原理
基于光电效应、干涉、衍 射等光学原理，将光信号 转换为电信号。
应用领域
图像辨认、光谱分析、环 境监测等。
温度传感器
温度传感器是一种能够将温度信号转换为可测量的电 信号的装置。它广泛应用于温度测量和控制领域，如
工业炉温、环境温度、体温等。
输标02入题
温度传感器的工作原理基于热电效应或热电阻效应。 热电效应是指温度变化引起电势变化，而热电阻效应 则是温度变化引起电阻值变化。
01
03
温度传感器的应用非常广泛，如空调系统、冰箱制冷 系统、温室温度监测等。它们能够实时监测温度变化
02
性能优化
01
03
考虑提高传感器的准确性、 稳定性、响应速度和可靠性
。
改进建议
04
05
根据实际使用情况和测试结 果，提出改进建议，进一步
提高传感器的性能。
06
传感器实例分析
压力传感器
压力传感器是一种能够将压力信号转 换为可测量的电信号的装置。它广泛 应用于各种领域，如工业控制、汽车 电子、医疗设备等。
考虑材料的稳定性、可靠性、成本和可加工性。
材料选择与制备
1. 准备原材料
根据选定的材料，准备所需的原材料。
2. 加工与成型
对原材料进行加工和成型，以获得所需的传感器结构 。
3. 表面处理
对传感器的表面进行适当的处理，以提高其性能和稳 定性。
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3.1自感式传感器
自感式传感器由线圈、铁心和衔铁三部 分组成。铁心和衔铁由导磁材料制成。 自感式传感器是把被测量的变化转换成 自感L的变化，通过一定的转换电路转换 成电压或电流输出。按磁路几何参数变 化形式的不同，自感式传感器可分为变 气隙式、变截面积式和螺线管式三种
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3
内容
1、2—L1、L2的特性 3—差动特性
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3.1.2 自感式传感器的测量电路
自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化 转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器 进行放大，然后用测量仪表显示或记录。
测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式 等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电 桥式 。
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只要活动铁芯向一方向移动，无论在交 流电源的正半周还是负半周，电桥输出 电压均为正值。
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（3）活动铁芯向相反方向移动时
当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时， 用上述分析方法同样可以证明，无论在 的正半周还是负半周，电桥输出电压均 为负值。
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交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥 电路常采用双臂工作方式。两个差动线圈Z1和 Z2分别作为电桥的两个桥臂，另外两个平衡臂 可以是电阻或电抗，或者是带中心抽头的变压 器的两个二次绕组或紧耦合线圈等形式。
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1．变压器交流电桥
电桥有两臂为传感 器的差动线圈的阻 抗，所以该电路又 称为差动交流电桥
3.1.1 基本工作原理 3.1.2 自感式传感器的测量电路 3.1.3 自感式传感器应用
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电感传感器的基本工作原理演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小
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3.1.1 基本工作原理
线圈的自感量等于线圈中通入单位电流 所产生的磁链数，即线圈的自感系数
L/IN/I
变压器式交流电桥电路图
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分析
设O点为电位参考点，根据电路的基本 分析方法，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置 时，两线圈的电感相等，阻抗也相等， 即，其中表示活动铁芯处于初始平衡位 置时每一个线圈的阻抗。
N 为磁链， 为磁通（Wb），I为流 过线圈的电流（A），N为线圈匝数。根 据磁路欧姆定律： NIS/l， 为磁导率，S
为磁路截面积，l 为磁路总长度。
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6
线圈的电感量
2
Rm 0s0 为磁路的磁阻
L N2 N20S Rm 2
变磁阻式传感器
2021/2/23
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结论
只要被测非电量能够引起空气隙长度或 等效截面积发生变化，线
U2
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量 电路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量 的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压 与电感变化量呈线性关系。
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2．带相敏整流的交流电桥
上述变压器式交流电桥中，由于采用交 流电源，则不论活动铁芯向线圈的哪个 方向移动，电桥输出电压总是交流的， 即无法判别位移的方向。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
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2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
螺线管式自感式传感器常采用差动式。
它是在螺线管中插入圆柱形铁芯而构成的。其 磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。有限 长螺线管内部磁场沿轴线非均匀分布，中间强， 两端弱。插入铁芯的长度不宜过短也不宜过长， 一般以铁芯与线圈长度比为0.5、半径比趋于1 为宜。铁磁材料的选取决定于供桥电源的频率， 500Hz以下多用硅钢片，500Hz以上多用薄 膜合金，更高频率则选用铁氧体。从线性度考 虑，匝数和铁芯长度有一最佳数值，应通过实 验选定。
当活动铁芯向 线圈的一个方 向移动时，传 感器两个差动 线圈的阻抗发 生变化，等效 电路如图4-9 所示。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
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结果
在Ui的正半周
Uo VDVC2ZZ01( 1Z)2Ui 2Z0
在Ui的负半周
UoVDVC2 Z Z01( 1Z)2Ui 2 Z Z0Ui 2Z0
电感式传感器从原理上可分为变气隙长 度式和变气隙截面式两种类型，前者常 用于测量直线位移，后者常用于测量角 位移。
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自感式传感器
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
由电感式可知，变气隙长度式传感器的 线性度差、示值范围窄、自由行程小， 但在小位移下灵敏度很高，常用于小位 移的测量。
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结构
差动式电感传感 器对外界影响， 如温度的变化、 电源频率的变化 等基本上可以互 相抵消，衔铁承 受的电磁吸力也 较小，从而减小 了测量误差。
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1—测杆 2—衔铁 3—线圈
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特性
从输出特性曲线（如 图4-5所示）可以看 出，差动式电感传感 器的线性较好，且输 出曲线较陡，灵敏度 约为非差动式电感传 感器的两倍。
常采用带相敏整流的交流电桥.
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结构
带相敏整流的交流电桥电路
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（1）初始平衡位置时
当差动式传感器的 活动铁芯处于中间 位置时，传感器两 个差动线圈的阻抗
Z1=Z2=Z0，其
等效电路如图所示。
铁芯处于初始平衡位置时的等效电路
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（2）活动铁芯向一边移动时
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应用
采用带相敏整流的 交流电桥，其输出 电压既能反映位移 量的大小，又能反 映位移的方向，所 以应用较为广泛。
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
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3.1.3 自感式传感器应用
用于测量位移，还可以用于测量振动、 应变、厚度、压力、流量、液位等非电 量。
电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
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变化时
当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻
抗增加 ， Z1Z0Z
Z2Z0Z
U •o(Z 0 2 Z 0 Z1 2)U •22 Z Z 0U •2
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变化后的电压
当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小
于其感抗
当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
自感式传感器由线圈、铁心和衔铁三部 分组成。铁心和衔铁由导磁材料制成。 自感式传感器是把被测量的变化转换成 自感L的变化，通过一定的转换电路转换 成电压或电流输出。按磁路几何参数变 化形式的不同，自感式传感器可分为变 气隙式、变截面积式和螺线管式三种
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内容
1、2—L1、L2的特性 3—差动特性
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3.1.2 自感式传感器的测量电路
自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化 转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器 进行放大，然后用测量仪表显示或记录。
测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式 等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电 桥式 。
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只要活动铁芯向一方向移动，无论在交 流电源的正半周还是负半周，电桥输出 电压均为正值。
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（3）活动铁芯向相反方向移动时
当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时， 用上述分析方法同样可以证明，无论在 的正半周还是负半周，电桥输出电压均 为负值。
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交流电桥的种类很多，差动形式工作时其电桥 电路常采用双臂工作方式。两个差动线圈Z1和 Z2分别作为电桥的两个桥臂，另外两个平衡臂 可以是电阻或电抗，或者是带中心抽头的变压 器的两个二次绕组或紧耦合线圈等形式。
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1．变压器交流电桥
电桥有两臂为传感 器的差动线圈的阻 抗，所以该电路又 称为差动交流电桥
3.1.1 基本工作原理 3.1.2 自感式传感器的测量电路 3.1.3 自感式传感器应用
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电感传感器的基本工作原理演示
F
气隙变小，电感变大，电流变小
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3.1.1 基本工作原理
线圈的自感量等于线圈中通入单位电流 所产生的磁链数，即线圈的自感系数
L/IN/I
变压器式交流电桥电路图
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分析
设O点为电位参考点，根据电路的基本 分析方法，可得到电桥输出电压为
U •oU •A BV • A V • B(Z 1Z 1 Z 21 2)U •2
当传感器的活动铁芯处于初始平衡位置 时，两线圈的电感相等，阻抗也相等， 即，其中表示活动铁芯处于初始平衡位 置时每一个线圈的阻抗。
N 为磁链， 为磁通（Wb），I为流 过线圈的电流（A），N为线圈匝数。根 据磁路欧姆定律： NIS/l， 为磁导率，S
为磁路截面积，l 为磁路总长度。
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线圈的电感量
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Rm 0s0 为磁路的磁阻
L N2 N20S Rm 2
变磁阻式传感器
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结论
只要被测非电量能够引起空气隙长度或 等效截面积发生变化，线
U2
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量 电路时，电桥输出电压既能反映被测体位移量 的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压 与电感变化量呈线性关系。
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2．带相敏整流的交流电桥
上述变压器式交流电桥中，由于采用交 流电源，则不论活动铁芯向线圈的哪个 方向移动，电桥输出电压总是交流的， 即无法判别位移的方向。
1—线圈 2—铁芯 3—衔铁
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2．螺线管式（开磁路式）自感式传感器
螺线管式自感式传感器常采用差动式。
它是在螺线管中插入圆柱形铁芯而构成的。其 磁路是开放的，气隙磁路占很长的部分。有限 长螺线管内部磁场沿轴线非均匀分布，中间强， 两端弱。插入铁芯的长度不宜过短也不宜过长， 一般以铁芯与线圈长度比为0.5、半径比趋于1 为宜。铁磁材料的选取决定于供桥电源的频率， 500Hz以下多用硅钢片，500Hz以上多用薄 膜合金，更高频率则选用铁氧体。从线性度考 虑，匝数和铁芯长度有一最佳数值，应通过实 验选定。
当活动铁芯向 线圈的一个方 向移动时，传 感器两个差动 线圈的阻抗发 生变化，等效 电路如图4-9 所示。
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
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结果
在Ui的正半周
Uo VDVC2ZZ01( 1Z)2Ui 2Z0
在Ui的负半周
UoVDVC2 Z Z01( 1Z)2Ui 2 Z Z0Ui 2Z0
电感式传感器从原理上可分为变气隙长 度式和变气隙截面式两种类型，前者常 用于测量直线位移，后者常用于测量角 位移。
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自感式传感器
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1．变气隙式（闭磁路式）自感传感器
由电感式可知，变气隙长度式传感器的 线性度差、示值范围窄、自由行程小， 但在小位移下灵敏度很高，常用于小位 移的测量。
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结构
差动式电感传感 器对外界影响， 如温度的变化、 电源频率的变化 等基本上可以互 相抵消，衔铁承 受的电磁吸力也 较小，从而减小 了测量误差。
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1—测杆 2—衔铁 3—线圈
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特性
从输出特性曲线（如 图4-5所示）可以看 出，差动式电感传感 器的线性较好，且输 出曲线较陡，灵敏度 约为非差动式电感传 感器的两倍。
常采用带相敏整流的交流电桥.
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结构
带相敏整流的交流电桥电路
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（1）初始平衡位置时
当差动式传感器的 活动铁芯处于中间 位置时，传感器两 个差动线圈的阻抗
Z1=Z2=Z0，其
等效电路如图所示。
铁芯处于初始平衡位置时的等效电路
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（2）活动铁芯向一边移动时
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应用
采用带相敏整流的 交流电桥，其输出 电压既能反映位移 量的大小，又能反 映位移的方向，所 以应用较为广泛。
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
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3.1.3 自感式传感器应用
用于测量位移，还可以用于测量振动、 应变、厚度、压力、流量、液位等非电 量。
电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
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变化时
当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻
抗增加 ， Z1Z0Z
Z2Z0Z
U •o(Z 0 2 Z 0 Z1 2)U •22 Z Z 0U •2
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变化后的电压
当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小
于其感抗
当活动铁芯向另一边（反方向）移动时